本文關(guān)鍵詞：直接甲醇燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理及催化劑改進(jìn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：直接甲醇燃料電池（DMFC）具有高效、低溫、安全及燃料儲(chǔ)存運(yùn)輸方便等特點(diǎn)，可作為有效解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的發(fā)電裝置，在可移動(dòng)電源及便攜式電源領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。然而其內(nèi)在電化學(xué)及傳質(zhì)機(jī)理不明確限制了其發(fā)展。其陽(yáng)極催化劑存在CO毒化問(wèn)題，及其他表面吸附問(wèn)題，影響催化劑的活性、穩(wěn)定性。開(kāi)展陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理研究可充分認(rèn)識(shí)催化劑催化過(guò)程，澄清表面吸附物的動(dòng)態(tài)變化，為催化劑的改善提供方向，在甲醇燃料電池的活性、壽命提高及成本降低方面做出貢獻(xiàn)。EIS作為一種電化學(xué)暫態(tài)測(cè)量技術(shù)，其具有測(cè)量速度快，對(duì)研究對(duì)象表面狀態(tài)干擾小的特點(diǎn)，屬于交流測(cè)量范疇，能夠?qū)﹄姌O過(guò)程動(dòng)力學(xué)以及表面狀態(tài)進(jìn)行深入探討，已在電化學(xué)機(jī)理判斷上做出了重大貢獻(xiàn)。本工作將以交流阻抗技術(shù)作為主要測(cè)試手段，以循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電流法作為輔助手段，對(duì)直接甲醇燃料電池（DMFC）的陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理，尤其是催化劑活性降低的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行探討，并予以澄清，，以及在此基礎(chǔ)上對(duì)催化劑改進(jìn)方向進(jìn)行初步探索。 首先，結(jié)合直流測(cè)量結(jié)果對(duì)所測(cè)的電化學(xué)阻抗譜進(jìn)行初步分析，在此基礎(chǔ)上，提出催化劑表面受三種吸附物狀態(tài)變量的影響，分別是CO(θ1)，OH(θ2)和PtO(θ3)的覆蓋度，且低電位下CO占據(jù)主導(dǎo)，隨著電位升高OH覆蓋度增大，并在更高電位下轉(zhuǎn)化為PtO,基于上述覆蓋度與電位的關(guān)系，根據(jù)電化學(xué)阻抗譜理論對(duì)不同電位下的阻抗表達(dá)式進(jìn)行推導(dǎo)，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的等效電路，并進(jìn)行阻抗元件擬合，在阻抗譜分析中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)OH和CO覆蓋度關(guān)系達(dá)到θ2＞32/39(1-θ1)時(shí)，譜圖會(huì)出現(xiàn)負(fù)電阻，且出現(xiàn)負(fù)電阻時(shí)OH和CO覆蓋度關(guān)系滿(mǎn)足θ1=θ2，進(jìn)而得出結(jié)論，CO與OH在催化劑表面存在競(jìng)爭(zhēng)吸附的關(guān)系，隨著電位升高，CO覆蓋度減小而OH覆蓋度增大，兩種狀態(tài)變量的相等過(guò)程，使并聯(lián)支路產(chǎn)生振蕩，直接導(dǎo)致了負(fù)電阻出現(xiàn)，且在高電位下發(fā)現(xiàn)OH轉(zhuǎn)化為PtO以及材料腐蝕問(wèn)題的出現(xiàn)，削弱了催化劑活性。為改進(jìn)催化劑材料，可在Pt系催化劑中添加其他組分如苯胺等，減弱CO和OH在Pt活性位上的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，提高催化劑催化效率。 然后，基于上述甲醇氧化機(jī)理研究，以H2PtCl6為前驅(qū)體通過(guò)苯胺包覆合成Pt/C催化劑，采用循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法和交流阻抗法，分別考察了在H2PtCl6與苯胺摩爾比為1:3,1:5和1:7條件下合成的催化劑的催化活性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)H2PtCl6與苯胺摩爾比為1:5時(shí)，合成的催化劑催化甲醇氧化時(shí)的電流密度最大，阻抗值最小。將高活性催化劑分別在400℃、600℃、800℃的溫度條件下進(jìn)行燒結(jié)，對(duì)其活性進(jìn)行初步研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在600℃下燒結(jié)的催化劑其活性有明顯提高。
【關(guān)鍵詞】：直接甲醇燃料電池 負(fù)電阻 交流阻抗 陽(yáng)極催化劑 苯胺
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.4;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 前言11-12
• 1 緒論12-28
• 1.1 直接甲醇燃料電池（DMFC）簡(jiǎn)介12-16
• 1.1.1 燃料電池的組成及分類(lèi)12-13
• 1.1.2 DMFC 的結(jié)構(gòu)13-14
• 1.1.3 DMFC 的工作原理14-15
• 1.1.4 DMFC 的研究進(jìn)展15-16
• 1.2 DMFC 發(fā)展中存在的難題16-17
• 1.2.1 陽(yáng)極催化劑毒化問(wèn)題16-17
• 1.2.2 甲醇滲透問(wèn)題17
• 1.3 交流阻抗（EIS）簡(jiǎn)介及發(fā)展應(yīng)用17-21
• 1.3.1 EIS 的原理17-18
• 1.3.2 EIS 的應(yīng)用和解析18-21
• 1.3.3 EIS 在電池上測(cè)量方式21
• 1.4 EIS 在 DMFC 上的應(yīng)用上應(yīng)用現(xiàn)狀21-25
• 1.4.1 在電池性能上的應(yīng)用21-22
• 1.4.2 在關(guān)鍵材料性能上的應(yīng)用22-24
• 1.4.3 在電化學(xué)機(jī)理上的應(yīng)用24-25
• 1.5 DMFC 陽(yáng)極電催化劑簡(jiǎn)介25-26
• 1.5.1 催化劑種類(lèi)25
• 1.5.2 制備方法25-26
• 1.6 本文的研究思路及意義26-28
• 2 直接甲醇燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)機(jī)理研究28-42
• 2.1 引言28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-30
• 2.2.1 工作電極的制備29-30
• 2.2.3 電化學(xué)測(cè)試30
• 2.3 結(jié)果與討論30-41
• 2.3.1 循環(huán)伏安曲線(xiàn)30-31
• 2.3.2 計(jì)時(shí)電流曲線(xiàn)31-32
• 2.3.3 交流阻抗譜32-34
• 2.3.4 阻抗模型推導(dǎo)34-37
• 2.3.5 等效電路擬合結(jié)果37-39
• 2.3.6 催化劑表面覆蓋度的變化過(guò)程39-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 3 直接甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑合成改進(jìn)初探42-50
• 3.1 引言42-43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分43-44
• 3.2.1 催化劑的制備43
• 3.2.2 電化學(xué)性能檢測(cè)43-44
• 3.3 結(jié)果與討論44-48
• 3.3.1 苯胺含量對(duì)催化劑活性影響44-46
• 3.3.2 燒結(jié)后催化劑活性的變化46-47
• 3.3.3 不同燒結(jié)溫度對(duì)催化劑活性的影響47-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 4 結(jié)論50-52
• 4.1 全文結(jié)論50-51
• 4.2 研究展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-61
• 附錄61-68
• 致謝68-69
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷69
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)學(xué)位論文69-70

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

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本文編號(hào)：306998